Tamilla Sucay qızı Ağamirova Bakıda anadan olub. Atası və anası “xalq düşməni” kimi sürgün ediliblər. Bacı-qardaşı bibisi Suğra xanımın himayəsində böyüyüblər. Bakı Teatr Məktəbində təhsil alıb (1951). Moskvaya gedərək ilk imtahanda münsifləri valeh edib, birbaşa SSRİ Teatr İncəsənəti İnstitutunun 3-cü kursuna daxil olub. 2 il sonra təhsilini yekunlaşdıraraq MXAT məktəb-studiyasına daxil olub. 1952-ci ildən “Romen” Moskva Musiqili-Dram Teatrının aktrisası olub. Dünyada yeganə olan qaraçı teatrının səhnəsində bir çox obrazlar canlandırıb. Ömrünün son günlərinə qədər aktiv ictimai fəaliyyətlə məşğul olub. Təhlükəsizlik, Müdafiə və Hüquq Qaydası Akademiyasının professoru, “Maski” Fondunun vitse-prezidenti, Beynəlxalq Akademiya Teatrının fəxri magistri olub.

Rusiya istehsalı olan “Don Kixot” (1957, rejissor Qriqor Kozintsov) filmində Altisidora rolunda, “Kuba novellası” (1962, rejissor Sergey Kolosov) filmində çəkilib.

Azərbaycanın Əməkdar artisti (1960), Rusiyanın Xalq artisti (1988) Tamilla Ağamirova 2021-ci ildə vəfat edib.